(57)【要約】【課題】負荷側回路の温度状態を迅速に移行させる。【解決手段】チラー装置１１ａの制御装置５２は、負荷Ｗａのベーキング時、制御バルブ３３を閉じ、二次側冷媒を混合タンク３１に供給せずに負荷側冷媒のみを導入し、ヒータ３９を作動させて負荷側冷媒を加熱するとともに、制御バルブ３７を閉じて一次冷却水による負荷側冷媒の冷却を停止させる。ベーキングから冷却状態に移行する場合、制御バルブ３３を閉じた状態で、ヒータ３９を停止させるとともに、制御バルブ３７を全開にして一次冷却水による負荷側冷媒の冷却を行う。一次冷却水の冷却により負荷側冷媒の温度が常温に近付くにつれ、温度センサＴｃ３またはＴｃ４、およびＴｃ５の出力に応じて制御バルブ３７の開度を調節する。負荷側冷媒の温度が常温となった後は、冷却器２５、ホットガスバイパスバルブ２６、制御バルブ３３、３７を制御する。【選択図】        図１
2005055011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクに貯留された二次側冷媒が循環される二次側回路と、負荷を冷却・加熱するための負荷側冷媒が循環され、前記負荷側冷媒の温度を検出する温度センサが設けられた負荷側回路と、
前記負荷側回路に接続され、前記負荷側冷媒と熱交換することにより負荷側冷媒を冷却する一次冷却水が循環される一次冷却水循環回路と、
前記二次側回路と負荷側回路とを接続し、前記二次側冷媒と負荷側冷媒とを混合して負荷側回路に供給するとともに、前記負荷側冷媒を常温以上で、一次冷却水で冷却可能な温度以下に加熱する加熱手段が組み込まれた混合タンクとを有するチラー装置において、
前記負荷側冷媒を常温以上、一次冷却水で冷却可能な温度以下の温度に加熱する際には、前記二次側冷媒を混合タンクに供給せずに負荷側冷媒のみを導入し、前記加熱手段により負荷側冷媒を加熱するとともに、一次冷却水による負荷側冷媒の冷却を停止させ、
加熱された負荷側冷媒を冷却する際には、前記二次側冷媒が混合タンクに供給されていない状態で、前記加熱手段による負荷側冷媒の加熱を停止させるとともに、前記温度センサの出力に応じて一次冷却水による負荷側冷媒の冷却を制御する制御手段を備えたことを特徴とするチラー装置。
【請求項２】
冷却器により冷却された一次側冷媒が循環される一次側回路と、前記混合タンクに供給する二次側冷媒の流量を調節する制御バルブとをさらに備え、
前記制御手段は、前記一次冷却水による冷却により前記負荷側冷媒が前記冷却器による冷却が可能な温度となるまで、前記制御バルブを閉じるように制御することを特徴とする請求項１に記載のチラー装置。
【請求項３】
冷却器により冷却された一次側冷媒が循環される一次側回路と、タンクに貯留された二次側冷媒を循環させる循環ポンプが設けられた二次側回路と、負荷を冷却・加熱するための負荷側冷媒が循環され、前記負荷側冷媒の温度を検出する温度センサが設けられた負荷側回路と、
前記二次側回路に接続され、前記二次側冷媒と熱交換することにより二次側冷媒を冷却する一次冷却水が循環される一次冷却水循環回路と、
前記二次側回路と負荷側回路とを接続し、前記二次側冷媒と負荷側冷媒とを混合して負荷側回路に供給するとともに、前記負荷側冷媒を一次冷却水で冷却可能な温度を超えた温度に加熱する加熱手段が組み込まれた混合タンクと、
この混合タンクに供給する二次側冷媒の流量を調節する制御バルブと、
前記循環ポンプと制御バルブとを直接繋ぐ第１流路と、前記一次冷却水循環回路を経由して循環ポンプと制御バルブとを繋ぐ第２流路と、前記一次側回路を経由して循環ポンプと制御バルブとを繋ぐ第３流路と、
これら第１〜第３流路の切り替えを行う切替バルブとを有するチラー装置において、
前記負荷側冷媒を一次冷却水で冷却可能な温度を超えた温度に加熱する際には、前記二次側冷媒を混合タンクに供給せずに負荷側冷媒のみを導入し、前記加熱手段により負荷側冷媒を加熱するとともに、
加熱された負荷側冷媒を冷却する際には、前記加熱手段による負荷側冷媒の加熱を停止させ、前記切替バルブを作動させて、前記第１流路を介して混合タンクに二次側冷媒を供給し、前記一次冷却水による冷却が可能となる温度まで負荷側冷媒を冷却した後、
前記第２流路を介して前記一次冷却水循環回路による二次側冷媒の冷却を行って、前記冷却器による冷却が可能な温度まで負荷側冷媒を冷却し、
前記第３流路を介して冷却器による負荷側冷媒の冷却を行うように制御する制御手段を備えたことを特徴とするチラー装置。
【請求項４】
前記二次側回路に、前記負荷側回路を複数接続したことを特徴とする請求項１乃至３に記載のチラー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置などで負荷の温度制御を行うチラー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造・加工工程では、製膜する半導体層の膜質や、半導体層に打ち込む不純物の濃度などを均一に保つために、基板であるウエハーの温度管理を厳密に行う必要がある。従来の半導体製造装置では、例えば図８に示すチラー装置２００を用いて、各工程毎に温度管理を行っている（特許文献１参照）。
【０００３】
チラー装置２００は、冷却器２０１、および一次側冷媒を循環させるポンプ２０２を備えた一次側回路Ｃ１と、熱交換器２０３を介して一次側冷媒と熱交換する冷媒（二次側冷媒）を循環させるポンプ２０４、バッファタンク２０５、および抵抗流路２０６を備えた二次側回路Ｃ２と、負荷Ｗを冷却する負荷側冷媒を循環させるポンプ２０７、および抵抗流路２０８を備えた負荷側回路Ｃ３とから構成される。
【０００４】
二次側回路Ｃ２と負荷側回路Ｃ３とは、連絡流路２０９、２１０により接続されている。連絡流路２１０には、この連絡流路２１０を流れる冷媒の流量を制御する制御バルブ２１１が設けられている。制御バルブ２１１の開度は、負荷Ｗの温度を検出する温度調節器２１２からの出力信号に応じて制御される。このようにすると、温度制御の精度が向上し、負荷Ｗの温度変動が大きな場合でも迅速に対応することができる。また、装置全体が小型化され、設置条件の自由度が増すという利点がある。
【０００５】
チラー装置２００では、通常、二次側冷媒の温度を負荷側冷媒の設定温度よりも僅かに低い一定温度（例えば設定温度−３℃±１〜０．５℃）に制御することが行われている。このためには、冷却器２０１を常時運転して、一次側回路Ｃ１のホットガスバイパス制御、または冷却器２０１のインバータ制御により、熱交換器２０３へ供給される一次側冷媒の温度を制御するとともに、負荷側冷媒の温度が設定温度よりも下回らないように、負荷側冷媒をヒータ２１３により頻繁に加熱する必要があり、膨大なエネルギーを消費することが必要となる。
【０００６】
上記のような問題点を解決するために、本発明者は、図９に示すチラー装置３００を考案した。このチラー装置３００は、圧縮器３０１、凝縮器３０２、膨張弁３０３、および熱交換器３０４を備えた一次側回路Ｃ１と、熱交換器３０４を介して一次側冷媒と熱交換する冷媒（二次側冷媒）を循環させるポンプ３０５、バイパス流路３０６、温度センサ３０７、および供給流路３０８を備えた二次側回路Ｃ２と、負荷Ｗを冷却する負荷側冷媒を循環するポンプ３０９、および混合タンク３１０を備えた負荷側回路Ｃ３とから構成される。
【０００７】
供給流路３０８には、制御バルブ３１１が設けられている。この制御バルブ３１１の下流側は、混合タンク３１０に接続されている。混合タンク３１０は、流路３１２を介してメインタンク３１３に接続され、ポンプ３０９の吸い込み流路３１４と負荷Ｗの下流側の戻り流路３１５とに接続している。バイパス流路３０６には、バルブ３１６が設けられており、このバルブ３１６の下流側はメインタンク３１３に接続されている。
【０００８】
制御バルブ３１１の開度は、負荷Ｗの温度を検出する温度センサ３１７からの出力信号に応じて制御される。チラー装置３００では、温度センサ３０７からの検出信号に応じて、この温度が予め設定した下限設定温度に冷却されるまで一次側回路Ｃ１の冷却器（圧縮器３０１、凝縮器３０２、膨張弁３０３、および熱交換器３０４）を作動させ、下限設定温度まで下がった時点でこれらの作動を停止させる。これにより、装置の省エネルギー化を実現させることができる。
【０００９】
一次側回路Ｃ１の凝縮器３０２には、屋外冷却器３１８から導入した一次冷却水が供給される。この一次冷却水は、負荷Ｗの下流側に設けられた熱交換器３１９にも供給され、熱交換器３１９を介して負荷側回路Ｃ３の冷媒を冷却し、その粗熱を除去する。
【００１０】
【特許文献１】
特許第３０９５３７７号
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えばＣＶＤ装置やスパッタリング装置などでは、試験槽内を高温（約８０℃〜１５０℃）状態にし、主として槽内の水分を蒸発させる所謂ベーキングと呼ばれるメンテナンスを行う必要がある。このため、チラー装置には、単に負荷を冷却するだけでなく、高温の負荷側冷媒を供給して負荷を加熱する機能が要求される。この場合、半導体の製造効率を上げるために、低温状態から高温状態、あるいは高温状態から低温状態への移行を、できる限り迅速に行うことが不可欠である。特に高温状態から低温状態に移行する場合には、負荷側冷媒の温度に対応した最適な冷却手段を講じる必要がある。
【００１２】
本発明は、負荷側回路の温度状態を迅速に移行させることができるチラー装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、タンクに貯留された二次側冷媒が循環される二次側回路と、負荷を冷却・加熱するための負荷側冷媒が循環され、前記負荷側冷媒の温度を検出する温度センサが設けられた負荷側回路と、前記負荷側回路に接続され、前記負荷側冷媒と熱交換することにより負荷側冷媒を冷却する一次冷却水が循環される一次冷却水循環回路と、前記二次側回路と負荷側回路とを接続し、前記二次側冷媒と負荷側冷媒とを混合して負荷側回路に供給するとともに、前記負荷側冷媒を常温以上で、一次冷却水で冷却可能な温度以下に加熱する加熱手段が組み込まれた混合タンクとを有するチラー装置において、前記負荷側冷媒を常温以上、一次冷却水で冷却可能な温度以下の温度に加熱する際には、前記二次側冷媒を混合タンクに供給せずに負荷側冷媒のみを導入し、前記加熱手段により負荷側冷媒を加熱するとともに、一次冷却水による負荷側冷媒の冷却を停止させ、加熱された負荷側冷媒を冷却する際には、前記二次側冷媒が混合タンクに供給されていない状態で、前記加熱手段による負荷側冷媒の加熱を停止させるとともに、前記温度センサの出力に応じて一次冷却水による負荷側冷媒の冷却を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
なお、冷却器により冷却された一次側冷媒が循環される一次側回路と、前記混合タンクに供給する二次側冷媒の流量を調節する制御バルブとをさらに備え、前記制御手段は、前記一次冷却水による冷却により前記負荷側冷媒が前記冷却器による冷却が可能な温度となるまで、前記制御バルブを閉じるように制御する。
【００１５】
また、本発明は、冷却器により冷却された一次側冷媒が循環される一次側回路と、タンクに貯留された二次側冷媒を循環させる循環ポンプが設けられた二次側回路と、負荷を冷却・加熱するための負荷側冷媒が循環され、前記負荷側冷媒の温度を検出する温度センサが設けられた負荷側回路と、前記二次側回路に接続され、前記二次側冷媒と熱交換することにより二次側冷媒を冷却する一次冷却水が循環される一次冷却水循環回路と、前記二次側回路と負荷側回路とを接続し、前記二次側冷媒と負荷側冷媒とを混合して負荷側回路に供給するとともに、前記負荷側冷媒を一次冷却水で冷却可能な温度を超えた温度に加熱する加熱手段が組み込まれた混合タンクと、この混合タンクに供給する二次側冷媒の流量を調節する制御バルブと、前記循環ポンプと制御バルブとを直接繋ぐ第１流路と、前記一次冷却水循環回路を経由して循環ポンプと制御バルブとを繋ぐ第２流路と、前記一次側回路を経由して循環ポンプと制御バルブとを繋ぐ第３流路と、これら第１〜第３流路の切り替えを行う切替バルブとを有するチラー装置において、前記負荷側冷媒を一次冷却水で冷却可能な温度を超えた温度に加熱する際には、前記二次側冷媒を混合タンクに供給せずに負荷側冷媒のみを導入し、前記加熱手段により負荷側冷媒を加熱するとともに、加熱された負荷側冷媒を冷却する際には、前記加熱手段による負荷側冷媒の加熱を停止させ、前記切替バルブを作動させて、前記第１流路を介して混合タンクに二次側冷媒を供給し、前記一次冷却水による冷却が可能となる温度まで負荷側冷媒を冷却した後、前記第２流路を介して前記一次冷却水循環回路による二次側冷媒の冷却を行って、前記冷却器による冷却が可能な温度まで負荷側冷媒を冷却し、前記第３流路を介して冷却器による負荷側冷媒の冷却を行うように制御する制御手段を備えたことを特徴とする。なお、前記二次側回路に、前記負荷側回路を複数接続してもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係るチラー装置１１ａは、一次側回路Ｃ１ａ、二次側回路Ｃ２ａ、負荷側回路Ｃ３ａ、および一次冷却水循環回路Ｃｗａから構成される。このチラー装置１１ａは、負荷Ｗａに対して常温以上で、一次冷却水で冷却可能な温度以下、典型的には１００℃以下（例えば８０℃〜９０℃）のベーキングを行うとともに、常温以下の温度に冷却する。ここで、一次冷却水で冷却可能な温度とは、典型的には水の沸点である１００℃を示すが、これに限定されるものではなく、ベーキング後の負荷側冷媒を一次冷却水によって冷却する際に、一次冷却水の温度が上がって他の機器の冷却に影響を及ぼさない範囲の温度をいう。
【００１７】
一次側回路Ｃ１ａには、圧縮器２０、凝縮器２１、膨張弁２２、熱交換器２３、およびホットガスバイパス流路２４が設けられている。一次側回路Ｃ１ａ内の冷媒ガス（一次側冷媒）は、圧縮器２０で圧縮されて高温・高圧状態となる。高温・高圧状態となった一次側冷媒は、凝縮器２１により液化された後、膨張弁２２によりガス化され、熱交換器２３を介して二次側回路Ｃ２ａの冷媒（二次側冷媒）を冷却する。なお、これら圧縮器２０、凝縮器２１、膨張弁２２、および熱交換器２３は、冷却器２５を構成している。
【００１８】
ホットガスバイパス流路２４は、一次側冷媒の冷却を停止させる、あるいは一次側回路Ｃ１ａの冷却能力を一時的に低下させる場合に、圧縮器２０で圧縮された一次側冷媒を熱交換器２３に直接導入するために設けられている。このホットガスバイパス流路２４を通過する一次側冷媒の流量は、その途中に設けられたホットガスバイパスバルブ２６により調節される。ホットガスバイパスバルブ２６の開度は、制御装置５２（図３参照）により制御される。
【００１９】
二次側回路Ｃ２ａには、二次側ポンプ２７、メインタンク２８、バイパス流路２９、供給流路３０、および温度センサＴｃ１が設けられている。この二次側回路Ｃ２ａは、混合タンク３１により負荷側回路Ｃ３ａに接続されている。メインタンク２８には、二次側冷媒として所定量（例えば１３リットル）のフッ素系冷媒（商品名ガルデン、商品名フロリナートなど）が貯留されている。メインタンク２８内の二次側冷媒は、二次側ポンプ２７により二次側回路Ｃ２ａを循環される。
【００２０】
温度センサＴｃ１は、メインタンク２８から流出する冷媒の温度を検出する。この温度センサＴｃ１の出力信号は、制御装置５２に送信される。一次側冷媒の温度は、負荷Ｗａの冷却時の設定温度よりも低く、且つ後述する制御バルブ３３の開閉で負荷側冷媒の設定温度を実現可能に制御することが可能な温度範囲に設定される。温度センサＴｃ１の出力が設定温度範囲よりも高くなると、冷却器２５および二次側ポンプ２７が作動し、設定温度の下限値に達した時点でこれらの作動が停止される。
【００２１】
バイパス流路２９、供給流路３０には、バイパスバルブ３２、制御バルブ３３がそれぞれ設けられている。バイパスバルブ３２には、制御バルブ３３を介して混合タンク３１に供給されなかった二次側冷媒が通過する。バイパスバルブ３２を通過した二次側冷媒は、バイパス流路２９を介してメインタンク２８に戻される。
【００２２】
制御バルブ３３の開度は、負荷側回路Ｃ３ａの冷媒（負荷側冷媒）の温度および設定温度に応じて調節される。すなわち、負荷側冷媒の温度を検出する温度センサＴｃ２、Ｔｃ３の出力に応じて、負荷Ｗａが設定温度となるように二次側冷媒を混合タンク３１に供給する。したがって、制御バルブ３３は、全開または全閉となる場合がある。なお、制御バルブ３３としては、微小流量から大流量まで高精度な制御が可能なニードル式のバルブ、例えば株式会社鷺宮製作所製の汎用型電子膨張弁ＰＫＶ形またはＥＫＶ形が用いられる。
【００２３】
負荷側回路Ｃ３ａには、前述の温度センサＴｃ２、Ｔｃ３の他に、負荷Ｗａを冷却する負荷側冷媒を循環させる負荷側ポンプ３４、および温度センサＴｃ４が設けられている。温度センサＴｃ２は、ベーキング時の負荷側冷媒の温度を検出する。一方、温度センサＴｃ３は、冷却時の負荷側冷媒の温度を検出する。温度センサＴｃ４は、一次冷却水循環回路Ｃｗａにより冷却された負荷側冷媒の温度を検出する。
【００２４】
一次冷却水循環回路Ｃｗａの一次冷却水配管１３は、負荷側回路Ｃ３ａに接続された熱交換器３５に一次冷却水を供給する供給流路１３ａと、熱交換器３５からの一次冷却水を屋外冷却器１２に戻す戻り流路１３ｂとからなる。一次冷却水循環回路Ｃｗａには、バイパス流路３６、制御バルブ３７、抵抗バルブ３８、および温度センサＴｃ５が設けられている。
【００２５】
制御バルブ３７は、温度センサＴｃ３、Ｔｃ５により制御され、温度センサＴｃ３の出力が温度センサＴｃ５の出力よりも高温であることを条件として開き、その逆の場合は閉じられる。制御バルブ３７を通過しない一次冷却水は、バイパス流路３６、抵抗バルブ３８、および戻り流路１３ｂを介して屋外冷却器１２に戻される。
【００２６】
温度センサＴｃ５は、供給流路１３ａを通過する一次冷却水の温度を検出する。制御バルブ３７は、負荷側冷媒の温度および設定温度に応じて開度を調節し、熱交換器３５に供給する一次冷却水の流量を制御する。負荷側冷媒は、熱交換器３５を介して制御バルブ３７を通過した一次冷却水に冷却され、粗熱を除去される。これにより、二次側冷媒の温度が高くなることが少なくなり、延いては二次側冷媒の温度を設定温度範囲内に長時間保つことができる。したがって、冷却器２５が作動する時間をより短くすることができ、装置の省エネルギー化をさらに促進させることが可能となる。
【００２７】
混合タンク３１は、制御バルブ３３を介して供給される二次側冷媒と負荷側冷媒とを混合して負荷側回路Ｃ３ａに供給する。この混合タンク３１内には、温度センサ３５の出力が設定温度を下回ったときやベーキング時に作動するヒータ３９が組み込まれている。
【００２８】
図２に示すように、温度センサＴｃ２、Ｔｃ３の出力は、温度調節器５０、５１に入力される。温度調節器５０、５１、および温度センサＴｃ１、Ｔｃ４、Ｔｃ５は、シーケンサなどの制御装置５２に接続される。温度調節器５０、５１には、それぞれベーキング時、冷却時の負荷Ｗａの設定温度が入力される。制御装置５２は、温度調節器５０、５１、および温度センサＴｃ１、Ｔｃ４、Ｔｃ５から送信される各部の温度情報に基づいて、冷却器２５、ホットガスバイパスバルブ２６、制御バルブ３３、３７、およびヒータ３９を制御する。また、制御装置５２には、ベーキングと冷却の切替を行う切替スイッチ５３が接続されている。
【００２９】
負荷Ｗａの冷却時、制御装置５２は、温度センサＴｃ３の出力が設定温度であるとき、または温度センサＴｃ３および温度センサＴｃ４の出力が同一であるときに制御バルブ３３を閉じ、負荷側冷媒がそれ以上冷却されないように制御する。一方、温度センサＴｃ３の出力が設定温度以上になった場合は、温度センサＴｃ１の出力を考慮しながら制御バルブ３３を開き、二次側冷媒を混合タンク３１に導入する。また、制御装置５２は、温度センサＴｃ３、Ｔｃ５の出力に応じて制御バルブ３７の開度を調節し、負荷側冷媒の粗熱を除去する。
【００３０】
負荷Ｗａのベーキング時、制御装置５２は、制御バルブ３３を閉じ、二次側冷媒を混合タンク３１に供給せずに負荷側冷媒のみを導入し、ヒータ３９を作動させて負荷側冷媒を加熱する。また、このとき、制御バルブ３７を閉じて一次冷却水による負荷側冷媒の冷却を停止させる。
【００３１】
ベーキングから冷却状態に移行する場合、制御装置５２は、制御バルブ３３を閉じた状態で、ヒータ３９を停止させるとともに、制御バルブ３７を全開にして一次冷却水による負荷側冷媒の冷却を行う。そして、一次冷却水の冷却により負荷側冷媒の温度が常温（冷却器２５による冷却が可能な温度）に近付くにつれ、温度センサＴｃ３またはＴｃ４、およびＴｃ５の出力に応じて制御バルブ３７の開度を調節する。負荷側冷媒の温度が常温となった後は、負荷Ｗａの冷却時と同様に、冷却器２５、ホットガスバイパスバルブ２６、制御バルブ３３、３７を制御する。
【００３２】
次に、図１および図２を参照して、チラー装置１１ａの動作について説明する。装置の運転開始とともに、冷却器２５、二次側ポンプ２７、および負荷側ポンプ３４が駆動される。冷却器２５により冷却された一次側冷媒は、熱交換器２３を介して二次側冷媒を冷却する。このとき、温度センサＴｃ３で検出される冷媒の温度（負荷Ｗａに供給される冷媒の温度）が設定温度以下であった場合、制御装置５２により制御バルブ３３が閉じられ、二次側冷媒はメインタンク２８に戻される。負荷側回路Ｃ３ａでは、二次側冷媒との熱交換は行われず、負荷側ポンプ３４により負荷側冷媒が循環した状態となる。
【００３３】
一方、温度センサＴｃ３で検出される冷媒の温度が、設定温度以上になった場合、制御装置５２から検出温度に応じたパルス信号が出力され、制御バルブ３３の開度が調節される。制御バルブ３３が開くと、その開度に応じた流量の冷媒が混合タンク３１に流入する。制御バルブ３３を通過しない冷媒は、バイパス流路２９を経由してメインタンク２８に戻される。
【００３４】
混合タンク３１内では、二次側回路Ｃ２ａから流入した二次側冷媒と負荷側冷媒とが合流して混合される。混合された冷媒は、混合タンク３１から負荷側ポンプ３４に吸い込まれ、負荷Ｗａを設定温度となるように冷却する。負荷Ｗａを冷却した冷媒は、一次冷却水循環回路Ｃｗａで粗熱を除去された後、二次側回路Ｃ２ａから流入した冷媒の流量に相当する流量で再び混合タンク３１を経由してメインタンク２８に戻される。
【００３５】
切替スイッチ５３が操作され、ベーキングの指示がなされると、制御装置５２により制御バルブ３３、３７が閉じられるとともに、ヒータ３９が作動されて、ベーキングの設定温度になるように負荷側冷媒が加熱される。このようにすると、閉回路となった負荷側回路の負荷側冷媒（容量３．５リットル）のみを加熱すればよいので、短時間で負荷Ｗａをベーキングの設定温度に加熱することができる。なお、このとき、冷却器２５および二次側ポンプ２７は、駆動されていてもよく、停止されていてもよい。これらが駆動された場合は、二次側冷媒の冷却が継続され、メインタンク２８内には冷却された二次側冷媒が蓄積された状態となる。
【００３６】
再び切替スイッチ５３が操作され、ベーキングから冷却への指示がなされると、制御バルブ３３が閉じられた状態で、制御装置５２によりヒータ３９が停止されるとともに、制御バルブ３７が全開にされて一次冷却水による負荷側冷媒の冷却が行われる。一次冷却水の冷却により負荷側冷媒の温度が常温状態に近付くと、温度センサＴｃ３またはＴｃ４、およびＴｃ５の出力に応じて制御バルブ３７の開度が調節される。このようにすると、ベーキング時と同様に、短時間で負荷Ｗａを常温に冷却することができる。なお、このときもベーキング時と同様に、冷却器２５および二次側ポンプ２７は、駆動されていてもよく、停止されていてもよい。負荷側冷媒の温度が常温となった後は、負荷Ｗａの冷却時と同様に、冷却器２５、ホットガスバイパスバルブ２６、制御バルブ３３、３７が制御される。
【００３７】
図３に示すように、本発明の第２の実施形態に係るチラー装置１１ｂは、二次側回路Ｃ２ｂ、負荷側回路Ｃ３ｂ、および一次冷却水循環回路Ｃｗｂから構成される。このチラー装置１１ｂは、負荷Ｗｂに対して常温以上で、一次冷却水で冷却可能な温度以下、典型的には１００℃以下（例えば８０℃〜９０℃）、および常温の二状態の冷媒を供給することが可能となっている。このチラー装置１１ｂでは、チラー装置１１ａにおける冷却動作は行われず、ベーキングおよび一次冷却水による温度制御が行われる。
【００３８】
チラー装置１１ｂは、チラー装置１１ａにおける一次側回路Ｃ１ａがなく、二次側回路Ｃ２ａが、メインタンク６０と混合タンク６１とを接続する配管６６で構成される二次側回路Ｃ２ｂに相当する。この配管６６は、混合タンク６１内の冷媒に含まれるガスをメインタンク６０に排出する動作と、負荷側冷媒が不足した場合に負荷側ポンプ６２の吸い込みに応じてメインタンク６０から混合タンク６１に二次側冷媒を補給する動作を行うものであり、負荷側回路Ｃ３ｂの配管と比べて細い高抵抗のものを用いている。これにより、二次側回路Ｃ２ｂは、前記した図１におけるチラー装置１１ａにおいて制御バルブ３３を閉じた場合と同等の状態となり、ヒータ６５による加熱および一次冷却水による冷却を行う。但し、常温状態における温度制御を厳密に行う場合は、一次冷却水の冷却により負荷側冷媒の温度が常温に近付くにつれ、温度センサＴｃ３またはＴｃ４、およびＴｃ５の出力に応じて制御バルブ６４の開度を調節して、熱交換器６３への一次冷却水の流入量および抵抗バルブ６８を通してバイパス流路６７への一次冷却水の流入量を制御する必要がある。
【００３９】
なお、上記実施形態では、単一の負荷側回路Ｃ３ａ、Ｃ３ｂを有するチラー装置１１ａ、１１ｂを例示したが、複数の負荷側回路が二次側回路に接続されたチラー装置、例えば図４および図５に示すように、二つの負荷側回路Ｃ３ｃ１  、Ｃ３ｃ２  およびＣ３ｄ１  、Ｃ３ｄ２  を有するチラー装置１１ｃおよび１１ｄについても本発明を適用することが可能である。
【００４０】
図６に示すように、本発明の第３の実施形態に係るチラー装置１１ｅは、一次側回路Ｃ１ｅ、二次側回路Ｃ２ｅ、負荷側回路Ｃ３ｅ、および一次冷却水循環回路Ｃｗｅから構成される。このチラー装置１１ｅは、二次側回路Ｃ２ｅに一次冷却水循環回路Ｃｗｅが接続され、負荷Ｗｅに対して、一次冷却水で冷却可能な温度を超えた温度、典型的には１００℃以上（例えば１１０℃、１５０℃）のベーキングを行うとともに、常温以下の温度に冷却する。ここで、一次冷却水で冷却可能な温度を超えた温度とは、典型的には水の沸点である１００℃を超えた温度示すが、これに限定されるものではなく、ベーキング後の負荷側冷媒を一次冷却水で冷却する際に、一次冷却水の温度が上がって他の機器の冷却に影響を及ぼしてしまう温度をいう。なお、一次側回路Ｃ１ｅは、図１に示すチラー装置１１ａの一次側回路Ｃ１ａと同様の構成であるため、符号のみを付して説明を省略する。
【００４１】
二次側回路Ｃ２ｅには、二次側回路Ｃ２ａと同様に、二次側ポンプ７７、メインタンク７８、バイパス流路７９、供給流路８０、混合タンク８１、バイパスバルブ８２、制御バルブ８３、および温度センサＴｃ１が設けられている。また、二次側回路Ｃ２ｅには、二つの三方弁９０、９１が設けられており、これらは第１〜第３流路９２〜９４を形成している。
【００４２】
第１流路９２は、二次側ポンプ７７と制御バルブ８３とを直接繋いでいる。第２流路９３は、一次冷却水循環回路Ｃｗｅとの熱交換器８５を経由して二次側ポンプ７７と制御バルブ８３とを繋いでいる。第３流路９４は、一次側回路Ｃ１ｅとの熱交換器７３を経由して二次側ポンプ７７と制御バルブ８３とを繋いでいる。三方弁９０、９１は、制御装置１０２（図７参照）からの制御信号に基づいて、これら第１〜第３流路９２〜９４の切り替えを行う。
【００４３】
図７に示すように、温度センサＴｃ２、Ｔｃ３の出力は、温度調節器１００、１０１に入力される。温度調節器１００、１０１、および温度センサＴｃ１、Ｔｃ４、Ｔｃ５は、シーケンサなどの制御装置１０２に接続されている。温度調節器１００、１０１には、それぞれベーキング時、冷却時の負荷Ｗｅの設定温度が入力される。制御装置１０２は、温度調節器１００、１０１、および温度センサＴｃ１、Ｔｃ４、Ｔｃ５から送信される各部の温度情報に基づいて、冷却器７５、ホットガスバイパスバルブ７６、制御バルブ８３、８７、三方弁９０、９１、およびヒータ８９を制御する。また、制御装置１０２には、ベーキングと冷却の切替を行う切替スイッチ１０３が接続されている。
【００４４】
負荷Ｗｅの冷却時、制御装置１０２は、三方弁９０、９１を作動させて二次側冷媒の流路を第３流路９４とし、温度センサＴｃ３の出力が設定温度であるとき、または温度センサＴｃ３および温度センサＴｃ４の出力が同一であるときに制御バルブ８３を閉じ、負荷側冷媒がそれ以上冷却されないように制御する。一方、温度センサＴｃ３の出力が設定温度以上になった場合は、温度センサＴｃ１の出力を考慮しながら制御バルブ８３を開き、二次側冷媒を混合タンク８１に導入する。このとき、二次側冷媒は、メインタンク７８→二次側ポンプ７７→三方弁９０→三方弁９１→熱交換器７３→制御バルブ８３→混合タンク８１の順に二次側回路Ｃ２ｅを循環する。なお、この場合、負荷Ｗｅの冷却時に一次冷却水による冷却を行わない点が、チラー装置１１ａの場合と異なる。
【００４５】
負荷Ｗｅのベーキング時、制御装置１０２は、制御バルブ８３を閉じ、二次側冷媒を混合タンク８１に供給せずに負荷側冷媒のみを導入し、ヒータ８９を作動させて負荷側冷媒を加熱する。
【００４６】
ベーキングから冷却状態に移行する場合、制御装置１０２は、三方弁９０、９１を作動させて二次側冷媒の流路を第１流路９２とし、ヒータ８９を停止させるとともに、制御バルブ８３を開き、混合タンク８１に二次側冷媒を導入して負荷側冷媒と混合し、この混合された冷媒を負荷側回路Ｃ３ｅに供給する。このとき、二次側冷媒は、メインタンク７８→二次側ポンプ７７→三方弁９０→三方弁９１→制御バルブ８３→混合タンク８１の順に二次側回路Ｃ２ｅを循環する。
【００４７】
Ｔｃ１、あるいはＴｃ２、Ｔｃ３の出力により、負荷側冷媒の温度が一次冷却水による冷却が可能な温度になると、制御装置１０２は、三方弁９０、９１を作動させて二次側冷媒の流路を第２流路９３とし、制御バルブ８３を開けた状態で制御バルブ８７を全開にして一次冷却水による冷却を行う。このとき、二次側冷媒は、メインタンク７８→二次側ポンプ７７→三方弁９０→熱交換器８５→三方弁９１→制御バルブ８３→混合タンク８１の順に二次側回路Ｃ２ｅを循環する。
【００４８】
一次冷却水による冷却が行われ、負荷側冷媒の温度が常温（冷却器２５による冷却が可能な温度）となると、制御装置１０２は、負荷Ｗｅの冷却時と同様に、三方弁９０、９１を作動させて二次側冷媒の流路を再び第３流路９４とし、冷却器７５、ホットガスバイパスバルブ７６、制御バルブ８３、８７を制御する。
【００４９】
次に、図６および図７を参照して、チラー装置１１ｅの動作について説明する。装置の運転開始とともに、冷却器７５、二次側ポンプ７７、および負荷側ポンプ８４が駆動される。冷却器７５により冷却された一次側冷媒は、熱交換器７３を介して二次側冷媒を冷却する。このとき、温度センサＴｃ３で検出される冷媒の温度（負荷Ｗｅに供給される冷媒の温度）が設定温度以下であった場合、制御装置１０２により制御バルブ８３が閉じられ、二次側冷媒はメインタンク７８に戻される。負荷側回路Ｃ３ｅでは、二次側冷媒との熱交換は行われず、負荷側ポンプ８４により負荷側冷媒が循環した状態となる。
【００５０】
一方、温度センサＴｃ３で検出される冷媒の温度が、設定温度以上になった場合、制御装置１０２から検出温度に応じたパルス信号が出力され、制御バルブ８３の開度が調節される。制御バルブ８３が開くと、その開度に応じた流量の冷媒が混合タンク８１に流入する。制御バルブ８３を通過しない冷媒は、バイパス流路７９を経由してメインタンク７８に戻される。
【００５１】
混合タンク８１内では、二次側回路Ｃ２ｅから流入した二次側冷媒と負荷側冷媒とが合流して混合される。混合された冷媒は、混合タンク８１から負荷側ポンプ８４に吸い込まれ、負荷Ｗｅを設定温度となるように冷却する。負荷Ｗｅを冷却した冷媒は、二次側回路Ｃ２ｅから流入した冷媒の流量に相当する流量で再び混合タンク８１を経由してメインタンク７８に戻される。
【００５２】
切替スイッチ１０３が操作され、ベーキングの指示がなされると、制御装置１０２により制御バルブ８３が閉じられるとともに、ヒータ８９が作動されて、ベーキングの設定温度になるように負荷側冷媒が加熱される。なお、このとき、冷却器７５および二次側ポンプ７７は、駆動されていてもよく、停止されていてもよい。これらが駆動された場合は、二次側冷媒の冷却が継続され、メインタンク７８内には冷却された二次側冷媒が蓄積された状態となる。
【００５３】
再び切替スイッチ１０３が操作され、ベーキングから冷却への指示がなされると、制御装置１０２により三方弁９０、９１が作動されて二次側冷媒の流路が第１流路９２となり、ヒータ８９が停止されるとともに、制御バルブ８３が開かれ、混合タンク８１に二次側冷媒が導入されて負荷側冷媒と混合され、この混合された冷媒が負荷側回路Ｃ３ｅに供給される。
【００５４】
Ｔｃ１、あるいはＴｃ２、Ｔｃ３の出力により、負荷側冷媒の温度が一次冷却水による冷却が可能な温度になると、制御装置１０２により三方弁９０、９１が作動されて二次側冷媒の流路が第２流路９３となり、制御バルブ８３が開いた状態で制御バルブ８７が全開にされ一次冷却水による冷却が行われる。その後、負荷側冷媒の温度が常温（冷却器７５による冷却が可能な温度）となると、制御装置１０２により三方弁９０、９１が作動されて二次側冷媒の流路が再び第３流路９４となり、冷却器７５、ホットガスバイパスバルブ７６、制御バルブ８３、８７が制御される。このように、負荷側冷媒の温度に対応した最適な冷却を行うので、高温状態から低温状態への移行を効率良く行うことができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明のチラー装置によれば、負荷側冷媒を常温以上で、一次冷却水で冷却可能な温度以下の温度に加熱する際には、二次側冷媒を混合タンクに供給せずに負荷側冷媒のみを導入し、加熱手段により負荷側冷媒を加熱するとともに、一次冷却水による負荷側冷媒の冷却を停止させ、加熱された負荷側冷媒を冷却する際には、二次側冷媒が混合タンクに供給されていない状態で、加熱手段による負荷側冷媒の加熱を停止させるとともに、温度センサの出力に応じて一次冷却水による負荷側冷媒の冷却を制御する制御手段を備えたので、負荷側回路の温度状態を迅速に移行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るチラー装置の構成を示す回路図である。
【図２】図１に示すチラー装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るチラー装置の構成を示す回路図である。
【図４】図１に示すチラー装置の別の実施形態を示す回路図である。
【図５】図３に示すチラー装置の別の実施形態を示す回路図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るチラー装置の構成を示す回路図である。
【図７】図６に示すチラー装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図８】従来のチラー装置を示す回路図である。
【図９】従来のチラー装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１１ａ  チラー装置
１２  屋外冷却器
２５、７５  冷却器
２６、７６  ホットガスバイパスバルブ
２７、７７  二次側ポンプ
２８、６０、７８  メインタンク
３１、６１、８１  混合タンク
３３、３７、６４、８３、８７  制御バルブ
３４、６２、８４  負荷側ポンプ
３９、６５、８９  ヒータ
５０、５１、１００、１０１  温度調節器
５２、１０２  制御装置
５３、１０３  切替スイッチ
Ｃ１ｘ  一次側回路
Ｃ２ｘ  二次側回路
Ｃ３ｘ  負荷側回路
Ｃｗｘ  一次冷却水循環回路
Ｗｘ  負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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